il solare termico
produrre acqua calda dal sole

 

Che cos'è
Una serie di collettori (pannelli) piani con una superficie in grado di assorbire il calore del Sole. Viene installato su una superficie piana o inclinata esposta a Sud (falda del tetto, terrazza...) o, più raramente, a terra. 

A cosa serve
Integra i sistemi di riscaldamento degli ambienti interni e produce acqua calda per uso sanitario (ACS). Viene utilizzato anche per riscaldare l'acqua delle piscine nei mesi estivi. La densità di energia solare è bassa, utile se si vuole utilizzare acqua calda a temperature non altissime (tra i 40° e 80°), temperatura adatta per l'ACS e per il riscaldamento interno che utilizzi sistemi a bassa temperature, radiatori a pavimento o a parete (30° e 40°).

Come funziona
All'interno del collettore solare circola un fluido che, riscaldato dal sole, passa in uno scambiatore di calore e cede calore all'acqua di un circuito secondario, che viene accumulata in un serbatoio (boiler) per poi essere utilizzata successivamente quando se ne ha bisogno.
Gli impianti solari combinati hanno una circolazione forzata del fluido termovettore (una soluzione di acqua e glicine propilenico) all'interno dei collettori per mezzo di una pompa di circolazione e possono essere:

  • Sistemi aperti, in cui il fluido termovettore che circola all'interno del collettore è la stessa acqua che raggiunta la temperatura richiesta, viene usata dall'utenza;
  • Sistemi chiusi, in cui si evidenziano due circuiti separati per il fluido termovettore e l'acqua da scaldare. Un impianto solare combinato per il riscaldamento utilizza un sistema chiuso, mentre un impianto solare combinato per il riscaldamento dell'acqua delle piscine può utilizzare un sistema aperto oltre che chiuso.

 

Schema di funzionamento di un impianto solare termico combinato

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Prerequisiti
Disponibilità di un tetto o altra collocazione con esposizione a Sud (la posizione del sole a mezzogiorno). Verificare inoltre che non ci sia copertura da parte di montagne, edifici, alberi, camini, ecc.
Sono necessari i seguenti requisiti:

  • alta inclinazione del collettore (40°-90°);
  • basse temperature del circuito di riscaldamento (idraulico);
  • riscaldamento a pavimento o parete;
  • edifici dotati di buon isolamento termico.

Questa tecnologia è molto vantaggiosa quando serve calore durante il periodo estivo (ad esempio: le piscine).

Le condizioni di irraggiamento italiane sono molto favorevoli, anche se molto variabili lungo la penisola. A tale scopo si possono usare le norme UNI 10349 sui dati climatici, le UNI 8477 sulla valutazione dell'energia raggiante ricevuta, software dedicati, le mappe isoradiative esistenti come l'Atlante Europeo della radiazione solare oppure effettuare una valutazione mediante misure dirette con gli appositi strumenti.

Quanto costa
Il costo è variabile in base al progetto e delle alternative tecnologiche-impiantistiche che si utilizzano. Non sono presenti kit precostituiti sul mercato.
Il costo di un impianto dipende da numerosi fattori: tipo di collettori, tipo e dimensioni di serbatoio d'accumulo, quantità e qualità della componentistica. Si può passare da un costo per l'impianto di circa 300€/mq fino a 1200€/mq.


Incentivi economici

Consulta la Guida dell'Agenzia delle Entrate riguardo le agevolazioni fiscali per il risparmio energetico aggiornata a dicembre 2011.

Incentivi regionali: cerca sul sito della tua regione.

Benefici
Benefici economici
Una volta installato l'impianto, il calore fornito per riscaldare gli ambienti interni e l'acqua non richiede costi aggiuntivi per il combustibile. Il tempo di ritorno dell'investimento varia a seconda di molti fattori, è sicuramente più breve se si progetta l'impianto in fase di realizzazione dell'abitazione mentre il calcolo esatto dipende da numerosi fattori:

  • latitudine, (Nord-Sud), perchè al sud, con un irraggiamento maggiore, serve una quantità inferiore di collettori;
  • esposizione al sole: la presenza di eventuali ostacoli che riducono l'insolazione riduce anche la redditività dell'impianto;
  • tecnologia (tipo di collettore).


Benefici ambientali

La produzione di calore attraverso i collettori solari genera una riduzione considerevole nel consumo di combustibili, quindi una riduzione delle emissioni in atmosfera di sostanze a effetto serra e inquinanti, favorendo il raggiungimento degli obiettivi di Kyoto.
L'utilizzo dei collettori solari rispetta l'ambiente perchè non brucia combustibili quindi contribuisce a una migliore qualità dell'aria nelle nostre città e contrasta l'effetto serra dovuto alla produzione di anidride carbonica (CO2).

Dimensionamento
E' un impianto relativamente complesso, con una superficie di collettori significativa (10-20 mq. ed oltre).
Il dimensionamento va fatto in base alla zona climatica in cui si vuole costruire l'impianto.

Va calcolato l'acqua calda sanitaria (ACS) che serve per il fabbisogno casalingo. Il calcolo va eseguito in base al numero delle persone, la percentuale del riscaldamento da coprire con la fonte solare e tipo di collettore; con tali dati si passa al calcolo della superficie di collettori da installare e del volume di accumulo necessario.

Esempio preso da uno studio dell'IEA: un abitazione con 4 persone, superficie da riscaldare di 290 mq e con un integrazione del riscaldamento da fonte solare del 47,2% è necessaria una superficie di collettori di 23,1 mq, serbatoio di capacità di 2000 l , con un costo d'impianto di 861€/mq ed un risparmio annuo di GPL pari a 2052 litri.

In questo sito troverai un programma di simulazione online per il dimensionamento di sistemi solari termici.

Componenti
I pricipali componenti dell'impianto sono i seguenti:

  • Collettori (pannelli) solari
    necessari ad ottenere la potenza termica richiesta.
  • Pompa di circolazione
    per la circolazione del fluido termovettore all'interno del circuito primario.
  • Valvola di non ritorno
    non permette l'inversione della circolazione.
  • Centralina di controllo
    rileva i parametri di temperatura e gestisce il funzionamento della pompa.
  • Vaso di espansione
    consente all'acqua di espandersi evitando sovrappressioni pericolose che possono causare danni all'impianto dovuto all'aumento di volume del fluido per l'eccessivo innalzamento delle temperature, in particolare nel periodo estivo o nei periodi di non utilizzo dell'impianto.
  • Scambiatore di calore
    permette lo scambio termico tra il fluido del circuito primario e l'acqua del circuito secondario.
  • Serbatoio d'accumulo
    E' un serbatoio coibentato dove si accumula l'acqua calda prodotta. Alcuni modelli hanno al loro interno lo scambiatore di calore.


Durata dell'impianto

Se l'impianto è ben realizzato, con un'adeguata manutenzione, ha una durata tipica tra i 10 e 20 anni (fonte: SwissSolar).
Un impianto del genere è complesso e costituito da molte componenti e la qualità dei componenti dell'impianto non è facilmente percepibile, quindi non è possibile stimare il tempo di vita dell'impianto, inoltre occorre verificare che i componenti siano stati sottoposti a certificazione e che sia disponibile la curva di rendimento dei collettore.

Materiali alternativi

  • Collettori piani non vetrati
  • Collettori piani vetrati
          - non selettivi
          - selettivi
  • Collettori a tubi sotto vuoto
  • Collettori a tubi sotto vuoto (heat pipe)

Collettori piani non vetrati
Privi di scatola di contenimento, copertura vetrata ed isolamento, per funzionare hanno bisogno di temperature esterne elevate (20°), vengono prodotti con materiali plastici di colore nero : polipropilene, neoprene, PVC, gomme sintetiche sono i più economici e vengono utilizzati prettamente nel periodo estivo per riscaldare l'acqua delle piscine, costi molto contenuti.

Collettori piani vetrati
Sono composti da una intelaiatura termicamente isolata coperta da un vetro protettivo in grado di resistere alla grandine (normalmente vengono testati con grandine di 25mm di diametro). Il vetro crea l'effetto serra per trattenere il calore. In alcuni casi si utilizza il policarbonato alveolare leggero, economico, resistente, meno perdite per convezione del vetro singolo, ma meno trasparente e ciclo di vita più breve del collettore. All'interno del collettore si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica (spesso in rame), sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un fluido termoconvettore. Il fluido è composto generalmente da acqua e glicole propilenico (un antigelo atossico) in proporzioni tali da evitare il congelamento del fluido alle temperature minime previste nel sito. L'assorbitore si riscalda per effetto del sole e cede il calore al fluido, che circolando trasporta il calore nel serbatoio di accumulo.
I collettori piani possono essere di due tipologie:
  1. a superficie non selettiva: l'assorbitore è semplicemente verniciato in nero
  2. a superficie selettiva: l'assorbitore subisce un trattamento superficiale con un prodotto a base di biossido di titanio (es. Tinox, Sunselect) che ha un comportamento selettivo: assorbe molto la radiazione solare incidente, ma allo stesso tempo emette pochissima radiazione termica. I collettori a superficie selettiva hanno un miglior rendimento, e costano circa il 10% in più.

Collettori a tubi sotto vuoto
Sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro, ognuno contenente un assorbitore (generalmente una lastra di metallo nero) che assorbe l'energia solare e la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore. Grazie alle proprietà isolanti dello spazio vuoto, le perdite di calore sono molto basse e si possono raggiungere temperature di circa 100°C al di sopra della temperatura dell'ambiente. Perciò questi pannelli sono particolarmente adatti per utilizzi a temperature più elevate, o per temperature ambiente basse (inverno).

Collettori a tubi sotto vuoto (heat pipe)
In questa tipologia il fluido termovettore è contenuto all'interno di un unico tubo chiuso (heat pipe) la cui estremità superiore (bulbo) è sede dello scambio termico con serbatoio contenete l'acqua d fluido.

Manutenzione
L'impianto funziona in modo autonomo senza richiedere interventi operativi.
Periodicamente occorre una verifica del buon funzionamento di tutti i componenti.

Domande frequenti
Sostituisce la caldaia?
No, perchè in mancanza di sole non funziona. Il sistema solare integra, e non sostituisce, l'impianto esistente. La caldaia rimane, ma funzionerà molto meno.
E se va via il sole? E di notte?
L'acqua calda contenuta nel serbatoio (accumulo) rimane calda a lungo. Se la temperatura si abbassa interviene l'impianto ausiliario (Caldaia). Normalmente l'impianto solare viene progettato per coprire il 70-80% del fabbisogno dell'acqua calda e tra il 20-50% del fabbisogno del riscaldamento degli ambienti interni.

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